JPH01207628A

JPH01207628A - エンコーダ

Info

Publication number: JPH01207628A
Application number: JP63033626A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ono; 裕小野; Yoichi Kikukawa; 要一菊川
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1988-02-16
Filing date: 1988-02-16
Publication date: 1989-08-21
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPH076810B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はモータの回転検出に用いられる光学式のロータ
リーエンコーダの改良に関するものである。

［従来の技術］従来、このようなエンコーダとしては、例えば本出願人
による特願昭６１−２４９３６３号の出願明細書に記載
されたものがある。

以下、このエンコーダを説明する。

上述したエンコーダの構成を第５図に示す。

図で、１はモータの出力軸Ｍと一体に回転する円板状の
符号板であり、円周方向に一定ピッチで２列の透光スリ
ット列が形成されている。外側のスリット列にはｎ１個
の透光スリット２が設けられ、内側のスリット列にはｎ
２個の透光スリット３が設けられている。透光スリット
の個数差ｎ。

−ｎ２は符号板１が固定されたモータの歯数と同数にな
っている。

４．５は発光手段例えばＬＥＤ、６．７は発光手段４．
５からの光ビームを平行ビームにするレンズである。レ
ンズ６と７を通過した光はそれぞれスリット２と３に投
射される。

８と９は透光スリット２と３をそれぞれ通過した光（ス
リット象）を受光する受光手段としてのイメージセンサ
であり、これらは例えば８個のフォトダイオード８．〜
８Ｂと９．〜９８を配列したフォトダイオードアレイで
ある。

フォトダイオード８と９は、符号板の位置を１８０°ず
らして配置されている。

フォトダイオード８１〜８Ｂと９．〜９８の幅はスリッ
ト２と３の１ピッチ分に相当している。

１０はフォトダイオード８１〜８日と９１〜９、の検出
信号をもとにしてモータのロータとステータの歯の位置
関係を算出する信号処理部である。信号処理部１０の具
体的構成を第６図に示す。

第６図で、ＳＷＩ〜ＳＷ８はフォトダイオード８、〜８
日と９．〜９６からの信号を一定のタイミングで走査す
るスイッチである。

１１．１２はＯＰアンプであり、各スイッチＳＷＩ〜Ｓ
Ｗ８を介して印加される信号を増幅する。ＯＰアン７１
１，１２の出力は階段状の波形になり、波形の高さは光
を検出したフォトダイオードの個数に相当する。

１３．１４はローパスフィルタ（以下、ＬＰＦとする）
であり、ＯＰアンプ１１．１２の低周波域の信号成分を
抽出する。ＯＰアンプの出力はこれらのＬＰＦを通過す
ることによって正弦波状の波形になる。

１５．１６はＬＰＦ１３．１４からの正弦波信号を波形
整形するコンパレータである。

１７はＬＰＦ１３．１４を通過した信号ｆｌ　　（ｔ）
とｆ２　（ｔ）の位相差及びトルク指令信号をもとにモ
ータ２０を転流制御する制御部である。　このエンコー
ダの動作を説明する。

信号ｆ１　（ｔ）、ｆ２　（ｔ）は次式のようになる。

ｆ＋　　（ｔ）＝Ａ１　５ｉｎ（ωし＋ｎ、θ）　　　
■ｆ２　（ｔ）＝Ａ２　ｓ　ｉ　ｎ　（ωｔ＋ｎ２θ）
　　■Ａ、、Ａ２　：定数、θ：符号板の回転角ω＝２
πｆｓ。

ｆｓ：フォトダイオードアレイの走査周波数ここて、両
方の信号の位相差φは、 φ＝（ｎ＋　　ｎ２）θ　　　　　　　　　■となる。

ここで、位相差φと符号板の回転角θの関係について説
明する。

例えば、外側のスリット数ｎ１が８個で内側のスリット
数ｎ２が６個の場合について説明する。

この場合、モータの歯数ｍは８−６から２個に設定する
。

この場合のフォトダイオードアレイ８と９の検出信号と
モータの回転角の関係は第７図（ａ）と（ｂ）のように
なる。

図に示すように、これらの検出信号のずれ（電気角）ぼ
回転角θ（機械角）に比例してφ、。

φ２・・・と増えていく。

符号板がθだけ回転したときの両方の検出信号のずれφ
は、■式より、次のようになる。

φ＝（８−６）θ 一方、符号板がθだけ回転するとモータのロ−夕もθだ
け回転する。モータの歯数は２個であることから、モー
タのロータとステータの歯は電気角にして２θだけ角度
がずれたことになる。すなわち、符号板で検出された位
相差がモータのロータとステータの歯の電気角のずれに
相当する。これをもとにしてモータのロータとステータ
の歯の位置関係（機械角）を検出し、この位置関係をも
とにモータを転流制御する。

［発明が解決しようとする課題］しかし、このエンコーダでは、符号板１の位置を１８０
°ずらして配置された外側と内側のフォトダイオードア
レイ８と９の検出信号の差をもとに転流制御しているた
め、符号板１が偏心していると、偏心によりフォトダイ
オードアレイ８と９の検出信号に生じる誤差の相が位相
差信号に重畳される。

例えば、第６図で、符号板１の回転中心０′が真の回転
中心Ｏからｅだけ偏心している場合は、フォトダイオー
ドアレイ８の検出信号には進み方向に位相誤差が生じる
ときは、フォトダイオードアレイ９の検出信号には遅れ
方向に位相誤差が生じる。このため、２つのフォトダイ
オードアレイの位相差をとった転流制御信号には２つの
位相誤差を加えたものが重畳される。従って、転流制御
信号の誤差が大きくなってモータのトルク変動が増大す
るという問題点があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされた。

ものであり、符号板の偏心による転流制御信号の誤差を
低減できるエンコーダを実現することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、一定ピッチで透光スリットが形成された符号板をブラシ
レスモータのロータに取付け、前記透光スリットを挟ん
で発光手段と受光手段を対向配置し、この受光手段で検
出した透光スリットの通過光をもとに前記符号板の回転
を検出するエンコーダにおいて、前記透光スリットは２列形成されていて、内ｊｐ４１と
外側の列の透光スリットの個数差は前記ブラシレスモー
タの歯数と同数になっていて、各透光スリット列には、
発光手段と受光手段の組が、符号板の位置を１８０°ず
らして２組配置されていて、外側の透光スリット列にある２個の受光手段の検出信号
を加算する第１の加算器と、内＠１の透光スリット列にある２個の受光手段の検出信
号を加算する第２の加算器と、前記第１の加算器と第２の加算器の加算信号の位相差か
ら前記ブラシレスモータの転流制御信号を発生する制御
部、を具備したエンカーダである。

［実施例］以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明にかかるエンコーダの一実施例の構成図
である。第１図で第５図及び第６図と同一のものは同一
符号を付ける。

第１図で、３０．３１は透光スリット２の通過光の検出
用のフォトダイオード４アレイであり、これらは符号板
１の位置を１８０°ずらして配置されている。３２．３
３は透光スリット３の通過光の検出用のフォトダイオ−
ドアレイであり、これらも符号板１の位置を１８０°ず
らして配置されている。

３４〜３７はそれぞれフォトダイオードアレイ３０〜３
３に対向した発光手段、３８〜４１は発光手段３０〜３
３の光を平行光にするレンズである。

４２はフォトダイオードアレイ３０と３１にあるフォト
ダイオードで配列順に対応したものどうしの検出信号を
加算する加算器、４３はフォトダイオードアレイ３２と
３３にあるフォトダイオードで配列順に対応したものど
うしの検出信号を加算する加算器である。

４４と４５は加算器４２の加算信号から正弦波信号ｆ＋
　　（ｔ）、ｆ２　Ｃｔ）を生成する信号生成回路であ
る。信号生成回路４４は、ＳＷ１〜ＳＷ８．ＯＰアンプ
１１、ＬＰＦ１３及びコンパレータ１５からなり、信号
生成回路４５は、ＳＷＩ〜ｓｗｓ、ｏｐアンプ１２、Ｌ
　Ｐ　Ｆ　１４及びコンパレータ１６からなる。

このようなエンコーダでは、符号板１の中心０′が真の
中心Ｏからｅだけ偏心している場合には、フォトダイオ
ードアレイ３０，３２の検出信号に進み方向の位相誤差
が生じると、１８０°向かい側にあるフォトタイオード
アレイ３１．３３の検出信号には遅れ方向の位相誤差が
生じる。加算器４２．４３は、内側と外側の１８０°向
かい側にあるフォトダイオードアレイどうしずなわち３
０と３１．３２と３３の検出信号を加算して位相誤差を
キャンセルする。このようにして面心誤差が除去された
信号は信号生成回路４４．４５に送られ、以下第６図の
エンコーダと同様にして転流制御が行なわれる。

第２図は本発明にかかるエンコーダの他の実施例の構成
図である。

第２図で、５０と５１はコンパレータ１５と１６の出力
を速度信号に変換するＦ／Ｖ変換器、５２はＦ／Ｖ変換
器５０と５１の速度信号を加算する加算器である。

ロボットの関節駆動用モータの回転検出にエンコーダを
使用した場合には、関節ｔａｔｇに生じる機械共振等に
より、符号板が振動することがある。

振動方向がａ−ａ′方向のようにスリットの移動方向で
あるときは、符号板が回転していなくてもフォトダイオ
ードアレイは速度を検出してしまう。

この検出速度は誤差となってＦ／Ｖ変換器の速度信号に
重畳される。

フォトダイオードアレイ３０．３２とフォトダイオード
アレイ３１．３３は符号板１の１８０゜ずれた位置にあ
るなめ、これら２組のフォトダイオードアレイに生じる
誤差信号は１８０６位相がずれる。すなわち、Ｆ／Ｖ変
換器５０の速度信号Ｖ、は第３図のグラフｇ、に示す経
時的変化をし、Ｆ／Ｖ変換器５１の速度信号Ｖ２は同図
のグラフｇ２に示す経時的変化をする。

従って、加算器５２により信号Ｖ、とＶ２を加算すれば
、両信号の検出誤差がキャンセルされ。

第４図に示すような信号になる。

また、ａ−ａ′方向と垂直の方向の動きに対しては速度
検出のための感度をもたせる必要がない。

なお、イメージセンサとしてはフォトダイオードアレイ
以外のもの例えばＣＯＤ等を用いてもよい。

［効果］本発明によれば、次の効果が得られる。

■第１図のエンコーダでは、信号ｆ＋　　（ｔ）とｆ２
　（ｔ）は符号板の偏心による誤差が除去されているな
め、信号ｆ＋　　（ｔ）とｆ２　（ｔ）の位相差をとる
際に、正の位相誤差と負の位相誤差が減算されて位相誤
差が増大するのを防止できる。これによって、転流信号
の誤差が小さくなるなめ、モータのトルク変動を低減で
きる。また、符号板の偏心誤差調整が不要になる。

■第３図のエンコーダでは、スリットの移動方向への符
号板の振動により２つの速度信号に生じる正の誤差と負
の誤差が、加算器により加算されてキャンセルされるた
め、機械共振の影響を受けにくくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるエンコーダの一実施例の構成図
、第２図は本発明にかかるエンコーダの他の実施例の構
成図、第３図及び第４図は第２図のエンコーダの動作説
明図、第５図及び第６図は従来におけるエンコーダの構
成例を示した図、第７図は第５図及び第６図のエンコー
ダの動作説明図である。である。１・・・符号板、２．３・・・透光スリット、４，５゜
３４〜３７・・・発光手段、８，９．３０〜３３・・・
フォトダイオードアレイ、１０・・・信号処理部、１１
゜１２・・・ＯＰアンプ、１３．１４・・・Ｌ　Ｐ　Ｆ
、１５゜１６・・・コンパレータ、１７・・・制御部、
２０・・・モータ、４２・・・第１の加算器、４３・・
・第２の加算器、５０．５’ｌ・・・速度変換器、５２
・・・加算器。第１図第３図峙＋’、ｒ１　ｔ　− 第４図晴間１− 第ｓ［″′Ｉ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一定ピッチで透光スリットが形成された符号板を
ブラシレスモータのロータに取付け、前記透光スリット
を挟んで発光手段と受光手段を対向配置し、この受光手
段で検出した透光スリットの通過光をもとに前記符号板
の回転を検出するエンコーダにおいて、前記透光スリットは２列形成されていて、内側と外側の
列の透光スリットの個数差は前記ブラシレスモータの歯
数と同数になっていて、各透光スリット列には、発光手段と受光手段の組が、符
号板の位置を１８０゜ずらして２組配置されていて、外側の透光スリット列にある２個の受光手段の検出信号
を加算する第１の加算器と、内側の透光スリット列にある２個の受光手段の検出信号
を加算する第２の加算器と、前記第１の加算器と第２の加算器の加算信号の位相差か
ら前記ブラシレスモータの転流制御信号を発生する制御
部、を具備したエンコーダ。
（２）一定ピッチで透光スリットが形成された符号板を
ブラシレスモータのロータに取付け、前記透光スリット
を挟んで発光手段と受光手段を対向配置し、この受光手
段で検出した透光スリットの通過光をもとに前記符号板
の回転を検出するエンコーダにおいて、各透光スリット列には、発光手段と受光手段の組が、符
号板の位置を１８０゜ずらして２組配置されていて、これら２つの受光手段の検出信号をそれぞれ速度信号に
変換する第１及び第２の速度変換器と、これらの速度変
換器の速度信号を加算して符号板の偏心による検出誤差
を補正した速度信号を出力する加算器、を具備したエンコーダ。